边界条件和下垫面强迫

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1、第五章非定常大气边界层问题2021/7/171Lecture3-BasicsofElectromagneticRadiationPart21974年：气候系统概念陆地表面约占地球表面三分之一，是全球气候系统重要而最为复杂的组成部分.陆面自然生态系统+人类活动相关的LULCC第一节地表强迫引起非定常变化气候系统示意图气候系统包括:大气圈水圈冰雪圈岩石圈生物圈陆面构成及其复杂陆气相互作用的复杂性全球陆面构成的分布植被（1）几何特性(如高度、粗糙度)（2）结构特性(如冠层的叶面积指数及冠层内叶片空间和朝向的分布、根的分布)（3）物理特性(如热力学和水

2、力学特性)、（4）化学特性（4）光学特性（如反照率、透射率和吸收率）（5）生理生化特性(如光合作用与大气的辐射、温度、湿度及co2浓度等的关系)等。土壤包括质地、结构特性(如孔隙度、颗粒大小)、物理特性(如热力学特性、水力学特性)和光学特性(如反照率)。●水文过程：植被和土壤质地的性质和它们的分布外，还要给定地形及地貌特征(如高程、坡度和坡向、流域分布、河网水系)。这些特性的定性和定量确定既随不同下垫面的类型和性质而变，也随时间和空间而受，同时，还受空间非均匀性和变异度的影响；从现有的知识水平以及已掌握的资料和信息来看，它们中很多还带有很大的不

3、确定性，这给陆气相互作用研究带来很大的困难。陆－气相互作用示意图（1）热力过程（2）动量交换过程（3）水文过程（4）物质交换过程（5）陆面过程和陆面状态的描述。一地表辐射收支平衡太阳短波辐射地气长波辐射地表辐射及能量平衡示意图EinEoutIE(internalenergy)基本的能量平衡公式:EinDt=DIE+EoutDt地表能量平衡某单一地表能量平衡过程:Rsi+RLi=Rsh+RLh+H+lE+CpDT+miscellaneous其中Rsi=入射太阳短波辐射；RLi=向下的大气长波辐射Rsh=反射的短波辐射；RLh=向上的地表长波辐射H

4、=感热通量；l=汽化潜热E=蒸发率；Cp=地表热容DT=温度变化量miscellaneous=土壤冰冻过程，生物化学过程以及降水对热量的存储过程等消耗的热量,等等.RsRsRLRLHlETDiurnalSurfaceRadiationBudgetArya(2001)长波的测量RLPyrgeometerKippandZonenCG4RLdependsoneffectiveatmospherictemperatureEffectiveBlackbodyTemperatureTeff=(RL/s)1/4KippandZonenCG4Eppley

5、PIR大气RsdiffuseRsdirectSun地面esT4RsaorRs净辐射(RN)=RsN+RLNRL(1-e)RLRLOtherNetRadiometersKippandZonenNRLitePyradiometerREBSPyradiometerSource:CampbellScientific地表温度Ts的测量ExtrapolatetemperatureprofilemeasurementsnearthesurfaceLargeerrors,unlessverywindyInfraredthermometer(rem

6、otelysensed)PyrgeometerThenmustknowemissivityforsurfaceFinewirethermocouple(insitu)CampbellScientificFW3is0.003"indiameter,FW1is0.001",FW05is0.0005"Smallsensorsdonotabsorbasmuchsolarradiation地表能量收支平衡辐射收支方程能量平衡方程净辐射地表反射太阳辐射入射太阳辐射地表向上长波辐射地表吸收大气逆辐射净辐射感热潜热土壤热通量地表储热下垫面能量平衡示意图南京城市

7、地表能量平衡示意2006年夏季MeasuringQGHGRNHHLMidNightHGRNHHLMidDay白天和夜间的能量平衡condensationevaporationThinboundary城市地表能量平衡H+HL+HG+HS=Qf+RNQf：人为热通量交通，工业，居民生活等释放不同年份人为热日变化边界层研究的主要方法对地表能量平衡的影响200419802004－1980地表能量平衡日变化（2004年8月4日8：00－5日8：00）感热净辐射人为热潜热土壤热通量